익산 미륵사지 석탑은 7세기 백제 최대의 사찰이었던 미륵사에 위치한 석탑으로 한국에 현존하는 석탑 중 건립시기가 가장 이르고 규모가 크며, 목조건축의 수법이 반영된 것으로 알려진 고대 건축의 실존사례로 그 가치가 매우 큰 문화재이다. 2009년 석탑 1층 심주석에서 발견된 사리장엄구는 “己亥年” 명문이 확인되어 한국고대사 연구에 중요한 단초를 제공하였다. 이 석탑에는 고대사를 풀어갈 또 하나의 단서인 ‘기초’가 있다. 무려 1400년 동안 3000톤의 무게를 지지함으로 백제의 건축기술을 우리 눈앞에 증명해보였다.
고대 삼국시대 사지(寺址)에 대한 고고학적 조사는 일제강점기에 시작되었으나 그 기록은 일부만 남아있다. 광복 이후 우리의 손으로 재개된 고대 사지의 발굴조사는 1960년대부터 부여, 익산, 경주를 중심으로 6~7세기 건립된 사찰의 건물지 기초가 확인되었고 가람배치의 변천사와 건물지 평면분석 등 건축역사분야의 연구가 활발히 진행되었다. 반면 창건당시 기초의 축조기술에 대한 연구는 상대적으로 부족하였으며 고대 건물지 기초에 대한 복원연구는 손에 꼽을 정도로 매우 적은 사례를 보였다. 그동안 진행되었던 고대 건물지 기초에 대한 대부분의 연구사례들은 발굴조사 결과를 분석하여 건축적으로 재해석하는 과정을 통해 연구 성과가 축적된 상태이지만 공학적인 관점이 배제되어 복원연구 분야는 미흡한 것으로 보였다. 즉, 고대 건물지 기초에 관한 연구는 고고학의 원천자료를 바탕으로 건축역사 및 공학적 이론을 통해 해석될 때 비로소 기초구조의 본질이 정확하게 파악될 것이며 원형에 대한 기초자료가 생성될 수 있을 것이다.
이 연구는 고대 동아시아 사찰 건물지 기초에 대한 공학적인 관점을 제시하여 기초의 본질적 특성인 지지력을 파악해보고자 하였다. 기초의 구조적인 역할을 기준으로 하여 상부의 하중을 하부로 전달하는 ‘초석’과 초석하부를 지지하는 ‘기초지반’으로 구분하여 기초구조에 대해 공학적 이해를 높이고자 하였으며, 이러한 관점의 배경은 현대건축물 기초의 구조적 안정성을 검토하는 ‘건축구조기준’을 참고하였다. 이 기준에 따르면 지반의 허용지지력은 접지압보다 높아야 하고, 지반의 침하는 허용 침하량 이내에서 가능한 균등해야 한다. 전통목조건축에서 초석은 기초판(foundation plate)의 역할을 하므로 초석의 밑면과 지반사이에 생기는 반력을 접지압으로 볼 수 있다. 따라서 기초의 공학적 특성을 규명하는 연구방법은 건물지 초석과 기초지반을 조사한 결과를 바탕으로 접지압과 허용지지력을 산출하여 획득한 데이터를 비교하는 것이다. 접지압을 산출하는 구체적인 방법은 건물의 하중을 추정해서 초석 층위(layer)에 생기는 반력을 유추하였고, 허용지지력의 산출은 평판재하시험의 결과를 분석하여 객관성을 확보하고자 하였다. 연구의 목적은 첫째, 위와 같은 공학적 관점을 바탕으로 익산 미륵사지 석탑 기초의 구조를 분석하는 것이며 둘째, 분석의 결과를 바탕으로 고대 건물지 기초와 비교하여 미륵사지 석탑 기초의 공학적 특성을 밝히는데 있다.
미륵사지 석탑 창건당시 미륵사지 9층 석탑의 무게는 전체 2970톤이 추정되었다. 7세기 미륵사지 석탑 치장석의 하중은 적심석으로 20% 전달되기 때문에 나머지 80%(1280톤)가 1층 기둥을 통해 최하단 초반석까지 도달된다. 따라서 미륵사지 석탑의 초반석 12기의 총 면적은 25㎡이기 때문에 초반석 하부토층의 접지압은 501.8kN/㎡로 추정된다. 반면 7세기 미륵사지 석탑 적심부의 하중은 치장석의 20%를 전달받아 1320톤으로 증가되며 1층 최하단 적심석(29.16㎡)에 도달된다. 따라서 1층 적심석 하부토층의 접지압은 443.6kN/㎡로 추정되었다.
미륵사지 석탑 초반석 파괴의 원인은 본질적으로 풍화에 의한 내구성의 문제가 있겠지만, 역학적으로 볼 때 초석의 하중과 하부토층의 접지압에 의하여 전단파괴가 일어난 것으로 추정되었다. 파괴양상을 참고하여 과거 토석혼축 토층의 허용지지력을 간접적으로 추정해볼 수 있었다. 만약 기초지반의 지지력이 접지압보다 작았다면 기초지반은 침하가 되었을 것이며 초반석은 파괴되지 않았을 것으로 추정할 수 있기 때문이다. 창건당시 초반석 하부토층의 접지압은 439kN/㎡로 추정되기 때문에 창건이후 그 이상의 지지력을 계속 보유했던 것으로 판단되었다. 창건 당시 토석혼축 판축공법으로 구축된 기초는 2013년 평가된 초반석 하부 토석층의 허용지지력(최솟값 848.8kN/㎡)과 유사했을 것으로 추정되었다. 물론 1400년 동안 상부하중에 의해 압축된 토층이지만 2009년 1층까지 해체된 상태에서 4년이란 시간이 지난 후 측정된 지지력이고 항복하중이 없었기 때문에 외부의 압력 없이 본연의 물성에 근접했을 것으로 판단되었다. 따라서 7세기 백제는 1㎡에 최소 86톤 이상의 하중을 버틸 수 있는 토석혼축의 판축공법을 보유했던 것으로 볼 수 있다. 더불어 미륵사지 석탑과 동탑 모두 기초의 지지력 문제로 붕괴가 일어나진 않았을 것으로 판단되었다.
미륵사지 석탑의 기초와 동탑 기초에서 나타나는 가장 큰 차이점은 초반석 층위 토층의 형태이다. 미륵사지 석탑의 경우 초반석 상면에서 수평으로 판축되어 1층 적심석을 지지하고 있는 구조인 반면 미륵사지 동탑은 토석혼축의 구조이며 1층 최하단의 적심석은 미륵사지 석탑 2층 이상 부정형 할석 적심구조와 유사할 것으로 보였다. 따라서 동탑의 경우 토석혼축 위 부정형 적심석과 적심토로 구성되어 적심토 유실로 인한 공극의 발생으로 1층 적심부가 교란될 확률이 높았던 것으로 탑의 존립에 큰 영향이 있었을 것으로 추정되었다.
7세기 미륵사지 석탑 적심석 하부 토층의 허용지지력은 석탑의 하중전달 시스템에 의해 443.6kN/㎡ 이상으로 추정되는데 2014년 복원된 적심석 하부 토층의 허용지지력은 636.6kN/㎡ 이상이므로 공학적으로 볼 때 원형에 가까운 지지력으로 판단되었다. 복원된 판축공법의 허용지지력(636.6kN/㎡)은 5~7세기 사찰 목탑지 초석의 접지압(406.3kN/㎡) 및 건물지 초석의 접지압(299.5kN/㎡)과 비교 해봐도 안정적이 결과를 보이므로, 이 연구는 한중일 고대 사찰의 복원프로젝트에 활용될 수 있을 것으로 보인다. 다만 문화재수리는 각각의 건축 양식, 구조적 특성, 보존상태, 주변 환경 여건 등에 따라 다양한 방법이 존재할 수 있기 때문에 복원된 판축공법을 여과 없이 그대로 적용할 수 없을 것이다. 문화재수리의 원칙에 따라 원형에 대한 충분한 조사와 심도 있는 분석을 바탕으로 고증이 되었을 때 복원의 진정성이 구현된다.

Korea has been often called “a country of stone pagodas” because there are many stone pagodas in Korea in comparison with neighboring China and Japan. The reason for the construction of pagodas in Korea was that it was easy to supply stones because of the abundance of excellent quality stones and stone has advantages over wood in its strong resistance to fire and corrosion. The Stone Pagoda at Mireuksa Temple Site in Iksan (National Treasure 11) is a Baekje pagoda built in the early 7th century and is known to be the earliest and largest among the many stone pagodas that remain in Korea, and reflects the techniques of wooden architecture. The Stone Pagoda at Mireuksa Temple Site in Iksan is a west pagoda located in Seowon of Mireuksa Temple, which was the largest temple in Baekje , and repair work of the pagoda is now in progress. In the Joseon Gojeokdobo , which was published during the Japanese occupation of Korea, there is a picture of the Stone Pagoda at Mireuksa Temple Site taken around 1910, which shows that only part of the 6th floor was left and the entire pagoda had collapsed to the west. This stone pagoda was reinforced with concrete by Japanese such as Fujishima Kaijiro in 1915, and it has been passed down to the present. In 1998, a structural safety diagnosis was performed and the results revealed aging and structural instability of concrete, and the National Research Institute of Cultural Heritage has been conducting dismantling survey and maintenance of the stone pagoda since 2001. The founding story of Mireuksa Temple has been passed down through the records of Samguk Yusa. Then, in 2009, it was discovered that Iksan Mireuksa was founded by the royal family of King Mu (Muwang) in the Baekje Dynasty by the inscription "Kihae Year (639 AC)" in a reliquary found in the first floor of the pagoda. The reliquary of the pagoda provided important data for the study of Korean ancient history. The pagoda has another clue to solve ancient history. The foundation of the stone pagoda has proved the construction technology of Baekje to our eyes by supporting 3,000 tons of weight over 1,400 years.
The excavation of ancient temple sites has been centered around Buyeo, Iksan, and Gyeongju since the 1960s. Founded in the 6th and 7th centuries, the foundation of the temple''s building site has been confirmed, and studies of architectural history such as the change of buddhist temple layout and the analysis of the building site''s floor plan have been conducted actively. On the other hand, research on the construction techniques of the foundation at the time of its founding was relatively insufficient. The restoration of the foundation of an ancient building site showed a very small number of cases. Most of the research cases on the foundation of ancient buildings have been analyzed and reinterpreted in the style of architecture. However, the field of restoration research appeared insufficient because of the exclusion of an engineering perspective. In other words, research on the foundation of an ancient building site will only be accurately identified when analyzed through architectural history and engineering theories based on the source data of archaeology and basic data on the prototype can be generated.
This study presents an engineering perspective on the foundation of ancient East Asian temples to identify possible bearing capacity. The background of this view is the Korean Building Code, which reviews the structural stability of the foundation of modern buildings. According to the Korean Building Code, the available bearing capacity of the ground should be higher than the contact pressure, and the ground sinking should be as uniform as possible within the allowable subsidence. As the cornerstone acts as a foundation plate in a traditional wooden structure, the reaction force in the cornerstone and the foundation ground can be seen as a contact pressure. Therefore, the method of research to identify the engineering characteristics of the foundation is to investigate the building site cornerstone and the foundation ground. Based on the results, the data are compared by calculating contact pressure and available bearing capacity. The method of calculating contact pressure is to estimate the load of the building and calculate the reaction force generated by the cornerstone layer. The purpose of the study is to analyze the structure of the foundation of the Stone Pagoda at Mireuksa Temple Site based on the above engineering point of view. Second, it reveals the engineering properties of the foundation of the Stone Pagoda at Mireuksa Temple Site compared to the foundation of the ancient temple site.
At the time of the founding of the Stone Pagoda of Mireuk Temple Site, the nine-story Stone Pagoda at Mireuksa Temple Site weighed 2,970 tons in total. Since the load of the outer corner of the Stone Pagoda is 20 percent transferred to the inner stone, the remaining 80 percent (1280 tons) is reached through the single-story column to the cornerstone. Therefore, since the total area of 12 cornerstone of the Stone Pagoda is 25㎡, the contact pressure on the lower section of the cornerstone is estimated to be 501.8kN/㎡. On the other hand, inner stone load is increased to 1,320 tons and reaches the first floor''s inner stone (29.16㎡). Therefore, it was estimated that the contact pressure of the soil under the first floor inner corner was 443.6kN/㎡.
It was estimated that the soil and stone mixed layer at the time of its creation was similar to the available bearing capacity (minimum of 848.8 kN/㎡) assessed in 2013. This is because it is an available bearing capacity measured four years after being dismantled. It also seemed that it was close to its natural properties because there was no yield load. Thus, Baekje in the 7th century could have had the technology to support a load of at least 86 tons per square meter. In addition, both the west and east stone pagodas were judged to have not collapsed due to the possible bearing capacity of the foundation.
The available bearing capacity of the soil under the inner corner, which was restored in 2014, was judged to be a support close to the original 7th century. The available bearing capacity (636.6kN/m2) of the restored rammed earth method was stable even when compared to the available bearing capacity of the wooden pagoda site and the building site of the ancient temple. Therefore, the research could be used to study the restoration of ancient temples. However, cultural properties repair may not be applied as diverse methods exist depending on the architectural style, structural properties, and preserved condition. Based on the principles of cultural heritage repair, the authenticity of restoration can be realized when proven based on sufficient research on the original form and in-depth analysis.
The first priority of cultural heritage repair is to preserve the original form, and the universal value of authenticity has a critical significance in establishing the direction and principle of cultural heritage preservation. The concept of authenticity is gradually expanding the scope of original form preservation, which has been limited to unique forms and physical aspects, to include traditional techniques and materials. In Korean academic circles, however, the main trend has been to study the stylistic aspects of the original form until recently, and studies on the technical aspects of the preservation methods are very insufficient. In this study, techniques and objective data were acquired through scientific experimental research on the earth rammering method which is one of the traditional foundation construction methods for architectural cultural heritages. Furthermore, it is highly meaningful that this method has been technically improved and actually applied to the foundation work of the Stone Pagoda at Mireuksa Temple Site.